[发明专利]一种光纤激光器健康监测方法

说明书

本发明涉及一种光纤激光器健康监测方法，包括光纤激光器数据采集方法和光纤激光器运转模型建立，并通过采集数据、运转模型与实际光纤激光器工作状态的对比，来判断光纤激光器故障原因。本发明采集分析处理具有高度线性相关性的测量数据，可以反映测量变量的主要变化，大量数据可以反映出监测过程中的噪声和干扰。数据依据时间采样，可以反映出不同参量之间的相关性，共同判断故障的原因。通过时间序列中潜在信息，来估算过程的统计规律性，简单易行，便于掌握。本发明可以对光纤激光器温度、湿度、电流、电压等物理量是否故障进行全面监测，并且可以实现全自动化激光器监测并判断光纤激光器故障发生的原因。

技术领域

本发明属于激光器实时健康监测系统技术领域，具体涉及光纤激光器、水冷机、控制模块等结构的实时健康监测系统及方法。

背景技术

利用掺杂稀土元素的光纤研制成的光纤放大器，给光波技术领域带来了革命性的变化。由于光纤激光器中光纤纤芯很细，在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级粒子数反转。因此，适当加入正反馈回路构成谐振腔，便可形成激光振荡。光纤激光器是一种高效的波长转换器，即由泵浦激光波长转换为所掺稀土离子的激射波长。正因为光纤激光器的激射波长由基质材料的稀土掺杂剂所决定、不受泵浦波长的控制，所以可以利用与稀土离子吸收光谱相对应的廉价短波长、高功率半导体激光器泵浦，获得光纤通信低损耗窗口的1.3μm和1.5μm以及2～3μm中红外波长的激光输出。

激光器使用时间过长，平时使用过程中操作不当，或者使用环境恶劣，都会导致激光器出现一些故障，影响正常的工作。目前大部分光纤激光器的可维护性较低，当一台光纤激光器中不出光或者器件损坏，很难立即判断故障的原因，需要将激光器拆卸并逐条器件检查。这种检查和维修方式大大加大了维护成本。

关于光纤激光器故障监测方面，也有专利文件报道，例如：CN111928941A公开了一种光纤激光器光路故障监测装置及监测方法，所述监测装置主要由光传感模块、电源模块和主控芯片组成。主控芯片内置光监测判断程序，其中光传感模块的主体为一个绝缘密封盒，盒中包含有感光材料，此感光材料具有曝光前电导率极低，曝光后电导率瞬时升高的特点。电源模块为光传感模块施加电信号，并同时将光传感模块的两根电极之间的电平信号传输给主控芯片，主控芯片通过读取的该电平判断光传感模块的状态，进而判断光路是否发生异常。该方法的不足之处在于，仅能通过读取的该电平判断光传感模块的状态，进而判断光路是否发生异常，不能判断光路异常的具体原因，以及仅能监测无光故障，不能监测光功率降低、升高异常状况，不能监测温度、湿度等物理量异常状况。CN111164404A公开了故障监测装置、激光器加工系统以及故障监测方法，故障监测装置具备：出射加工激光的加工激光器光源；出射监测激光的监测激光器光源；将所述监测激光分割成第1部分光以及第2部分光的分光器；测定所述监测激光的所述第1部分光的强度的第1受光器；传送所述监测激光的所述第2部分光以及所述加工激光的光纤；测定由所述光纤传送的所述第2部分光的强度的第2受光器；和基于由所述第1受光器以及所述第2受光器测定的所述第1部分光以及所述第2部分光的强度的相对比来判定所述光纤是否存在不良状况的判定部。该方法的不足之处在于，仅能对光纤断裂情况进行监测，无法对光纤激光器电路、温度、湿度是否正常进行监测。CN105890874A公开了一种光纤激光器的故障监测方法，其中，所述光纤激光器包括：种子激光源、与所述种子激光源的输出尾纤纤芯熔接的可见光激光器，以及其它光路器件；所述方法包括：当接收到所述光纤激光器的故障信号时，监测所述种子激光源是否异常；开启所述可见光激光器；监测所述其它光路器件的两端、以及所述光纤激光器的各段光纤是否有可见光；根据监测结果，判断所述其它光路器件以及所述各段光纤是否异常。该方法的不足之处在于，必须通过可见光激光器发光，测定各段光纤是否有可见光，根据监测结果，来判断各段光纤是否异常。这使得该方法仅能监测光纤故障，无法监测电路、温度、湿度等故障，且仅能监测一处光纤故障，如果光纤多处出现故障，该方法无法确定所有故障的位置。